第五章3 材料力学

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（2）养护温度的影响
养护温度是决定混凝土内水泥水化作用快慢的 重要条件。温度高，水泥凝结硬化速度快，早期强 度高。 但早期养护的温度不宜高于40℃。低温时水泥 混凝土硬化比较缓慢，当温度低至0°Ｃ以下时， 硬化不但停止，且具有冰冻破坏的危险。。 5～20℃之间的养护温度，水化产物与扩散速 度相匹配，能始终保持较好的水化速度，获得较密 实的混凝土结构体系。
四、混凝土的强度
Strength of Concrete
问 题 ？
混凝土受力破坏机理是什么？ 混凝土强度有哪些影响因素？ 如何使混凝土获得所需要的强度？
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一、混凝土受压破坏机理
混凝土受压破坏过程
是内部裂缝的发生、扩展直致连通的过程， 也是混凝土内部固体相结构从连续到不连续的发 展过程。
裂缝的扩展
(1) 抗压强度试验
混凝土试件 几何形状有立方体、棱柱体和圆柱体，我 国以立方体 立方体试件为主； 立方体 立方体试件的边长有100mm、150mm、 200mm三种；
我国国家规范采用150mm 150mm立方体。 其他尺寸试件测定结果进行换算，换算系数： 0.95,1.0,1.05
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国家标准规定：制作边长为 国家标准规定：制作边长为150mm 混凝土抗压强度的几个基本概念 的立方体试件，在标准条件下， 的立方体试件，在标准条件下，养护 轴心抗压强度 到28天，测得的抗压强度值称为混凝 天 测得的抗压强度值称为混凝 土立方体抗压强度， 表示。 土立方体抗压强度 ×150 mm表示 国家规范规定：用尺寸为150 mm ，以“fcu”表示。 立方体抗压强度
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（3）龄期的影响
混凝土强度在最初3~7d增长较快，然后逐 渐缓慢下来。其随养护龄期的增长大致符合 对数函数关系： fn =f28 lg n/lg 28
式中： fn— n天龄期混凝土的抗压强度； f28 — 28天龄期混凝土的抗压强度；
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3) 试件与试验参数对强度测试值的影响
A. 试件形状； B. 试件尺寸； C. 表面处理； D. 加载时间（加荷速度）。 上述因素影响强度试验值，而不是实 际混凝土强度！
(2) 抗拉强度试验
轴心直拉试验 直接轴心抗拉试验——很困难
P
Tension Testing 荷载作用线难以与试件轴线保持重合，发生偏心； 难以保证试件在受拉区断裂。
劈裂抗拉试验
fd = P/A 试件：边长为150mm的立方体试件或圆柱体试件
横截面积为A
直拉试验
劈裂抗拉
P
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三、混凝土强度的影响因素
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IV阶段：荷载超过极 阶段： 阶段 限荷载以后， 限荷载以后，连续裂 缝急速发展 发展。 缝急速发展。 混凝土的承载能力 下降，荷载减小而变 下降， 形迅速增大， 形迅速增大，以至完 全破坏， 全破坏，荷载一变形 曲线逐渐下降而最后 结束（图中曲线ＣＤ 结束（图中曲线ＣＤ 段）。
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混凝土强度指标的重要性 在混凝土设计和质量控制中，一般以 强度作为评价的性能。
强度是土木工程结构对材料的基本要求； 混凝土的其它难以直接测量的主要性能，可 以由强度数据推断出其它性能的好坏； 与其它许多性能相比，强度试验比较简单直 观。
二、混凝土强度试验
混凝土的强度是通过对试件进行强度试验获得的。 混凝土的强度试验有： 抗压试验 单轴受压 混凝土受单方向压力作用,工程中 采用的强度一般是单轴抗压强度； 多轴向受压 混凝土受多方向压应力作用 抗拉试验 直接拉伸试验 劈裂试验 9 抗弯试验
混凝土抗拉强度较低，而裂缝尖端的应力集 中和受拉区所受的拉应力远远超过其抗拉强度， 导致裂缝在较低的压应力水平下扩展和产生。
混凝土试件受压时 内部裂缝扩展情形
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Ｉ阶段：荷载到达“比 阶段：荷载到达“ 例极限” 例极限”（约为极限荷 载的３０ ３０％） 载的３０％） 界面裂缝无明显变 荷载与变形比较接 化，荷载与变形比较接 近直线关系（ 近直线关系（图中曲线 ＯＡ段 ＯＡ段）
混凝土的强度fc随着龄期和养护不断增 长，主要有四方面的影响因素：
组成材料的特性与配合比（内在因素） 养护条件（温湿度、时间） 强度试验参数影响到测试值 生产工艺与条件
1) 组成材料的特性与配合比
水泥强度与水灰比 骨料的质量和种类
水泥强度与水灰比
水泥是混凝土中的活性组分，其强度大小直 接影响着混凝土强度的高低。 在配合比相同的条件下，所用的水泥标 号越高，制成的混凝土强度也越高。 当用同一品种同一标号的水泥时，混凝土的 强度主要取决于水灰比。
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II阶段：荷载超过“比例 阶段：荷载超过“ 阶段 极限”以后， 极限”以后，界面裂缝 的数量、 的数量、长度和宽度都 不断增大， 不断增大，界面借摩阻 力继续承担荷载，但尚 力继续承担荷载， 无明显的砂浆裂缝。 无明显的砂浆裂缝。 此时， 此时，变形增大的速 度超过荷载增大的速度， 度超过荷载增大的速度， 荷载与变形之间不再为 线性关系（图中曲线Ａ 线性关系（图中曲线Ａ Ｂ殷）。
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III阶段：荷载超过“临 阶段：荷载超过“ 阶段 界荷载” 界荷载”（约为极限荷 载的７０ ９０％） ７０～ 载的７０～９０％） 界面裂缝继续发展， 界面裂缝继续发展，开 始出现砂浆裂缝， 始出现砂浆裂缝，并将 邻近的界面裂缝连接起 来成为连续裂缝 连续裂缝。 来成为连续裂缝。 此时， 此时，变形增大的速 度进一步加快， 度进一步加快，荷载一 变形曲线明显地弯向变 形轴方向（图中曲线Ｂ 形轴方向（图中曲线Ｂ Ｃ段）。
骨料的质量和种类
粗糙表面有利于增加过渡区的粘结强度； 针片状骨料容易引起应力集中，降低混凝土破 坏的极限应力，因而降低强度。
2) 养 护 Curing
混凝土硬化过程中，人为地变化混凝土 体周围环境的温度与湿度条件，使其微 结构和性能达到所需要的结果，称为对 响混凝土强度增长的持久 性。在干燥的环境中，混凝土强度发展会随 水分的逐渐蒸发而减慢或停止。
其原因： 试件尺寸的影响 环箍效应，尺寸小，环箍效应明显 缺陷概率，尺寸大，缺陷概率大
试件尺寸越大，混凝土强度测试值越偏低； 试件尺寸越小，混凝土强度测试值越偏高；
相 对 强 度 ％ ( )
0 10 15 20 30 40 50 60 70 80 90
试件尺寸(cm)
什么叫环箍效应
压板与试件的上下表面之间产生的摩擦 力对试件的横向膨胀起约束作用，有利 于提高。 越接近试件的端面，这种约束作用越大。 在距离端面 ( 3/2)a 的范围以外，约束 作用才消失。 试件破坏以后，其上下部分呈一个较完 整的棱锥体，这就是环箍效应的结果。
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表面处理 表面加润滑剂，环箍效应减小； 加荷条件： 加荷条件：
恒定加荷速度 加荷速度越快，测试值越高，反之亦然。
原因：材料对外加荷载的响应
混凝土强度与水灰比、水泥强度等级 和骨料种类的关系
鲍罗米公式：
混凝土抗压强度设计公式
f
cu
= A•
f
ce
( C/W – B )
fcu——混凝土28d抗压强度（MPa） fce —— 水泥的实测强度（MPa） C/W——灰水比 A 、B ——与骨料种类有关的回归系数： 对于卵石： A＝0.48 ; B ＝0.33; 对于碎石： A＝0.46 ; B ＝0.07。
×300mm的标准棱柱体试件，按规定方法成型、 用标准试验方法具有95%保证率的立 用标准试验方法具有 保证率的立 标准条件下养护28天，测得的抗压强度为轴心抗 方体抗压强度标准值 抗压强度标准值。 方体抗压强度标准值。以“fcu,k”表示 表示 压强度，以fc表示； 立方体强度标准值 根据混凝土立方体强度标准值(MPa)划分 根据混凝土立方体强度标准值(MPa)划分 工程结构设计的依据； 的等级，以符号C+混凝土立方体强度标准值 的等级，以符号 混凝土立方体强度标准值 轴心抗压强度标准值与立方体抗压强度标准值的 (fcu,k)表示。 表示。 表示 关系： 强度等级 fc,k = 0.67fcu,k